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白桦NAc转录因子调控次生细胞壁形成和非生物胁迫反应的分子机制

白桦NAC转录因子调控次生细胞壁形成和非生物胁迫反应的分子机制

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作者：崔志远东北林业大学

学位级别：硕士

NAc转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,广泛分布于苔鲜植物到高等双子叶植物,其主要参与植物次生生长,激素调控和信号转导以及对环境因子的应答。本研究首先通过对白桦应力木转录组的分析得到了 24条全长的bpnac基因,之后对这24条... 详细信息

NAc转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,广泛分布于苔鲜植物到高等双子叶植物,其主要参与植物次生生长,激素调控和信号转导以及对环境因子的应答。本研究首先通过对白桦应力木转录组的分析得到了 24条全长的bpnac基因,之后对这24条bpnac基因的序列特征进行了分析,并利用实时荧光定量RT-PcR技术对它们在不同组织、不同处理时间的应力木次生木质部和不同时期整株白桦的表达特性进行了分析。结果表明,这些基因在不同组织中的表达是具有特异性的,在不同处理时间的应力木中各基因呈现出不同的表达趋势,相对于直立木总体可形成上调表达和下调表达两种表达模式,在不同时期整株白桦的次生木质部中不同基因的表达具有一定特异性,但总体表达趋势是相一致的。综合序列与表达模式分析结果,本论文选取了 bpnac5基因进行进一步研究,分析其在细胞壁发育和逆境胁迫中的功能。将bpnac5基因与GFP基因融合,利用基因枪法转化到洋葱表皮细胞中进行亚细胞定位研究,结果表明bpnac5基因定位在细胞核中。克隆了bpnac5基因的启动子,利用生物信息学程序对该启动子序列进行了顺式作用元件分析,检测到多个与逆境胁迫响应相关的元件,推测该基因与逆境胁迫响应相关。将bpnac5基因的启动子定向替换表达载体中的35S启动子,构建了bpnac5启动子驱动GUS的植物表达载体,利用瞬时转化法侵染白桦的茎段、叶片和芽尖,结果显示白桦茎段和叶片均有不同程度的染色,茎段染色较深,表明bpnac5启动子能够启动报告基因的表达,而且与植物的次生木质部发育相关。构建过表达载体进行拟南芥转基因,对过表达株系和野生型进行次生生长诱导,观察其表型,结果显示过表达株系的抽茎时期相对于野生型会延后,但最终过表达株系的株高要高于野生型;细胞壁组分分析结果显示,过表达株系的纤维素含量相对于野生型明显增加,木质素含量差异不显著,而半纤维素含量有所减少;对过表达拟南芥株系和野生型的茎基部分别进行冷冻切片,通过染色来观察次生细胞壁的发育情况,间苯三酚染色后,结果显示过表达株系的次生木质部发育程度要略高于野生型,但管腔变大;经荧光增白剂染色后,过表达株系的着色程度和范围都要明显高于野生型,且表皮和皮层中纤维素含量高于野生型,进一步表明过表达株系的纤维素高于野生型。结果说明:bpnac5基因参与调控次生细胞壁的合成,并且对纤维素的合成呈现正调控。对过表达株系和野生型进行Nacl,ABA和Mannitol的胁迫实验。结果显示转基因株系的萌发率要高于野生型,DAB、NBT和Evans Blue的生理染色结果显示bpnac5能够通过清除活性氧和减少细胞受损来提高转基因株系的抗逆能力。进行了 SOD、POD、MDA、相对电导率和叶绿素含量等生理指标的测定,对过表达株系OE5-1、OE5-2和野生型的抗逆性进行比较,结果也显示,在非生物胁迫下,bpnac5过表达株系的抗逆能力要高于野生型,说明bpnac5基因具有提高植物抗逆性的功能。通过酵母单杂交技术,筛选到了 AcGTATERD1、cGAcGOSAMY3、DOFcOREZM、LTREcOREATcOR15、TAAAGSTKST1 等五个与 bpnac5 基因互作的顺式作用元件,通过酵母单交杂和瞬时侵染烟草的方法对其进行了验证。利用PLAcE网站对元件进行分析,结果表明白桦bpnac5基因可能通过特异性识别这些元件来参与脱水响应、茎组织的碳代谢、低温诱导、气孔变化等过程。

关键词：白桦 bpna c5 基因表达研究纤维素非生物胁迫酵母单杂交技术

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